Gehen Sie diesen Weg: Der Roboter-Tausendfüßler könnte die Zukunft mobiler Maschinen sein

OSAKA, Japan – Sie haben bereits Roboterhunde gesehen, jetzt haben Wissenschaftler in Japan einen Roboter-„Tausendfüßler“ konstruiert, der seine Bewegungen sofort von einer geraden auf eine gekrümmte Bahn umstellen kann. Forscher vom Department of Mechanical Science and Bioengineering der Universität Osaka sagen, dass diese neue Art von Laufroboter die dynamische Instabilität nutzt, um sich fortzubewegen, und potenziell bei einer Vielzahl von Unternehmungen helfen kann, die von Such- und Rettungseinsätzen bis hin zur Weltraumforschung reichen.

Diese Rettungsroboter könnten zum Beispiel unebenes Gelände durchqueren, um nach Überlebenden zu suchen – oder sich über hügelige Hänge auf fremden Welten auf den Weg machen.

Durch die Änderung der Flexibilität der Kupplungen kann der Roboter drehen, ohne dass komplexe rechnerische Steuerungssysteme erforderlich sind. Um für einen Moment in die Natur zurückzukehren, haben die meisten Tiere auf unserem Planeten ein robustes Fortbewegungssystem mit Beinen entwickelt, das ein höheres Maß an Mobilität in einer Vielzahl von Umgebungen ermöglicht. Allerdings stellten Ingenieure, die in der Vergangenheit versuchten, diesen Ansatz zu reproduzieren, meist fest, dass Roboter mit Beinen überraschend zerbrechlich sind.

Selbst wenn durch wiederholte Belastung nur ein Bein ausfällt, kann dies die Funktionsfähigkeit eines solchen Roboters erheblich einschränken. Darüber hinaus erfordert die Steuerung einer großen Anzahl von Gelenken, damit der Roboter komplexe Umgebungen durchqueren kann, eine ganze Menge wertvoller Computerleistung. Hypothetisch könnten Designverbesserungen beim Bau autonomer oder halbautonomer Roboter äußerst hilfreich sein, die als Erkundungs- oder Rettungsfahrzeuge fungieren und gefährliche Bereiche betreten sollen.

Deshalb entwickelte das Forschungsteam der Universität Osaka einen biomimetischen „Myriapoden“-Roboter, der sich die natürliche Instabilität zunutze macht und in der Lage ist, gerades Gehen in eine gekrümmte Bewegung umzuwandeln. In ihrer kürzlich veröffentlichten Studie beschreiben Forscher den Roboter, der aus sechs Segmenten (mit zwei an jedem Segment verbundenen Beinen) und flexiblen Gelenken besteht. Über eine Stellschraube lässt sich die Flexibilität der Kupplungen während der Gehbewegung motorisch verändern.

Die Studienautoren konnten nachweisen, dass eine zunehmende Beweglichkeit der Gelenke zu einer Situation namens „Heugabelgabelung“ führte, bei der gerades Gehen instabil wird. Stattdessen geht der Roboter dazu über, in einem gekrümmten Muster zu gehen (entweder rechts oder links). In jedem anderen Szenario würden Ingenieure versuchen, die Entstehung von Instabilitäten zu vermeiden. Allerdings ermöglicht der kontrollierte Einsatz in diesem Fall tatsächlich eine effiziente Manövrierfähigkeit.

„Wir wurden von der Fähigkeit bestimmter extrem agiler Insekten inspiriert, die dynamische Instabilität in ihrer eigenen Bewegung zu kontrollieren, um schnelle Bewegungsänderungen herbeizuführen“, sagt Studienkoautorin Shinya Aoi in einer Universitätsmitteilung.

Da bei diesem Ansatz die Bewegung der Körperachse nicht direkt gesteuert, sondern durch Flexibilität gesteuert wird, können sowohl der Rechenaufwand als auch der Energiebedarf erheblich gesenkt werden. Die Fähigkeit des Roboters, bestimmte Orte zu erreichen, wurde getestet. Die Forscher stellten fest, dass er tatsächlich navigieren konnte, indem er gekrümmte Pfade zu Zielen wählte.

„Wir können Anwendungen in einer Vielzahl von Szenarien vorhersehen, etwa bei der Suche und Rettung, bei der Arbeit in gefährlichen Umgebungen oder bei der Erkundung anderer Planeten“, schlussfolgert Studienmitautorin Mau Adachi.

Zukünftige Versionen des Roboters könnten sogar über mehr Segmente und Steuerungsmechanismen verfügen.

Die Studie ist in der Fachzeitschrift Soft Robotics veröffentlicht.

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